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Innere Kräfte – Stärke ohne Berechenbarkeit

Die Erde ist zwar schon Milliarden Jahre alt, aber sie ist immer noch »lebendig« und verändert sich jeden Tag. Vulkane brechen aus, speien Lava und schleudern abertausende Tonnen Asche und Gas in die Atmosphäre. Sie verändern nicht nur das Gesicht der Erde in der jeweiligen Region, sondern auch das Klima kann von solchen Ausbrüchen beeinflusst werden, in geologisch gesehen alter Zeit sogar gravierend. Ausbrüche von Supervulkanen wie dem Toba auf Sumatra vor 74 000 Jahren haben fast zur Auslöschung der Menschheit geführt. Die Auswirkungen dieser Naturkraft beschränken sich jedoch nicht nur auf das Negative: Viele vulkanische Gebiete der Erde zählen zu den landwirtschaftlich ertragreichsten, da der Boden durch mineralreiche Lava und Asche auf lange Sicht oft verbessert wird.

Anders Erdbeben: Diese Naturgewalt ist zerstörerisch und unberechenbar; trotz intensiver Forschung lassen sich Beben bis heute nicht vorhersagen. Zu schrecklichen Katastrophen kann es kommen, wenn die Kraft eines Bebens im Wasser weitergegeben wird. Seebeben, deren Ursache tief im Erdinnern liegt, können Tsunamis auslösen, die Küstenstriche auf tausenden von Kilometern Länge verwüsten.

Die Kraft dieser Naturgewalten – Vulkanismus und Erdbeben – kommt in beiden Fällen aus dem Inneren der Erde. Die Magmaströme dort sind so gewaltig, dass sie sogar die Verteilung von Land und Wasser beeinflussen – sie bewegen die Erdoberfläche täglich. Diese Plattentektonik wird in einigen Millionen Jahren dazu geführt haben, dass sich Afrika im Osten teilt, die Antarktis nach Norden wandert. Und irgendwann werden die Landmassen sich wie schon mehrmals in der Vergangenheit in einem einzigen riesigen Kontinent vereinen.

Plattentektonik: Tanz der Kontinente und Meere

Aus wie vielen Platten besteht die Erde?

Die Außenschale der Erde, also die Erdkruste, und die äußerste Schicht des Erdmantels (Lithosphäre) bestehen aus sieben großen und einem Dutzend kleinerer Platten.

Europa und ein Teil des Meeresbodens des nordöstlichen Atlantischen Ozeans etwa gehören zur Eurasischen Platte, die im Mittelmeer an die Afrikanische und im mittleren Atlantik an die Nordamerikanische Platte stößt. Die Lithosphäre wiederum grenzt an die Asthenosphäre, deren oberste Schicht aus leicht aufgeschmolzenem Gestein besteht, einer Art zähflüssigen Masse, auf der die Erdplatten »schwimmen«.

Die Kontinentplatten und die Platten, die den Meeresboden bilden, unterscheiden sich grundsätzlich: Die Kontinentblöcke sind mit einer Mächtigkeit von 80–120 km sehr viel dicker als die Meeresbodenplatten, die nur 30–70 km erreichen. Kontinente bestehen aus überwiegend granitischem Gestein, der Meeresboden setzt sich aus jüngeren vulkanischen Basaltgesteinen zusammen. Kein Teil der heutigen Ozeankruste ist älter als 200 Mio. Jahre.

An einigen Stellen der Erde sind die Trennlinien der Platten sichtbar. Ein Beispiel ist die San-Andreas-Störung in Kalifornien: Aus der Luft betrachtet kann man über hunderte von Kilometern die Linie verfolgen, an der die Pazifische Platte auf die Amerikanische Platte trifft. Noch fassbarer ist ein solcher Scheitel auf Island: In der teils nur wenige Meter breiten Zentralspalte bei Thingvellir treffen die Amerikanische und die Eurasische Platte aufeinander.

Warum wandern die Erdplatten?

Die Plattentektonik, also die Bewegungen der Erdkruste, wird von Strömen aus geschmolzenem Gestein angetrieben. Die meisten Wissenschaftler vermuten, dass die Konvektionsströme des geschmolzenen Gesteins zwischen dem heißen Erdmantel und der kühleren Erdkruste ausschlaggebend sind. Solche Konvektionsbewegungen treten auf, wenn flüssige Materie an der Unterseite erhitzt wird und an der Oberseite abkühlt – so wie bei einem Topf mit kochendem Wasser.

Die dynamischen Prozesse spielen sich an den Grenzen zu den benachbarten Platten ab. Von einer Transformplattengrenze wird gesprochen, wenn benachbarte Platten in entgegengesetzter Richtung aneinander vorbeigleiten, wie es etwa bei der San-Andreas-Störung in Kalifornien geschieht. Es kommt zu Reibungen, Krustenstücke verhaken sich. Dadurch erzeugte Spannungen können sich in Erdbeben entladen.

Wie entstehen eigentlich Unterwassergebirge?

Wenn sich die beiden Platten voneinander wegbewegen, kommt es zum Sea-Floor-Spreading. Zwischen den Platten bildet sich eine Bruchspalte, aus der permanent Lava aus dem Erdinneren hervorquillt. Aus dem Basaltgestein baut sich ein riesiger untermeerischer Gebirgszug, der mittelozeanische Rücken, auf. Die nachfließende Lava verdrängt das abgelagerte Gestein zu beiden Seiten, so dass sich die Erdkruste entlang der »divergenten« Plattengrenzen jedes Jahr um ein paar Zentimeter ausdehnt.

Übrigens: Wenn fortlaufend neue Erdkruste gebildet wird, muss es auch Orte geben, an denen alte vernichtet wird. Dies geschieht an konvergenten Plattengrenzen, an denen sich zwei Platten aufeinander zu bewegen. Dabei wird eine Platte gezwungen, unter die andere abzutauchen. Dieser Vorgang heißt Subduktion. Am Rand dieser Zone kann es zu gewaltigen Gebirgsbildungsprozessen kommen.

Was ist ein heißer Fleck?

Ein heißer Fleck, wissenschaftlich Hot Spot, ist eine sehr heiße Aufschmelzungszone im äußeren Erdmantel, in der sich Magma ansammelt und meist regelmäßig nach oben steigt. Ein berühmter Hot Spot hat etwa die zu den USA gehörenden Hawaii-Inseln geschaffen. Der heiße Fleck ist ortsfest, aber über ihn hinweg wandert die Pazifische Platte mit einer heutigen Geschwindigkeit von 9 cm pro Jahr. Durch den beständigen Magmaausstoß wurden die Inseln aufgetürmt. Der Prozess dauert an und es werden im Südosten weitere Inseln entstehen bzw. die alten an Länge gewinnen. Betrachtet man die Ausrichtung der Inseln, kann man die Bewegung der Pazifischen Platte gut erkennen.

Wussten Sie, dass …

in Afrika ein neuer Ozean entsteht? Durch Ostafrika verläuft vom Roten Meer bis zum Malawisee eine 6000 km lange Bruchzone, das Ostafrikanische Grabensystem. Die Zone verbreitert sich beständig und alles spricht dafür, dass es zu einer Spaltung Afrikas kommt und ein neuer Ozean entsteht.

der deutsche Geophysiker Alfred Wegener um 1910 anhand von gleichen pflanzlichen Fossilien in Südamerika und Afrika herausfand, dass beide Kontinente einmal Teil des Superkontinents Pangäa gewesen waren?

in der Antarktis Palmen wuchsen? Als Teil des Südkontinents Gondwana war der Eiskontinent ein Tropenparadies. Erst vor rd. 100 Mio. Jahren driftete die Antarktische Platte aus dem tropischen bzw. subtropischen Bereich heraus und nahm schließlich die heutige Position am Südpol ein.

Gebirgsbildung: Zu Land und zu Wasser

Können Gebirge ihre Form verändern?

Ja, sie tun es auch heute noch. Berge, Täler und Ebenen bilden das Relief der Erdoberfläche. Das, was auf den ersten Blick fest gefügt und unveränderlich erscheint, unterliegt einem ständigen Wandel.

Wo heute hohe Gebirge aufragen, erstreckten sich vor Millionen von Jahren Meeresarme. Hochebenen verschwanden in tiefen Gräben. Schöpfer der großen Formen sind Kräfte aus dem Erdinnern, die endogenen (von innen erzeugten) Kräfte. Wind, Regen und Eis nagen unaufhörlich am Relief und formen es um. Diese von außen wirkenden Kräfte bezeichnet man auch als exogene (von außen erzeugte) Kräfte.

Wie entstehen Berge und Gebirge?

Die meisten Gebirge entstehen durch die Kollision verschiedener Erdkrustenteile bzw. Platten. Gesteinsmaterial türmt sich auf. In Zonen, wo eine ozeanische unter eine kontinentale Platte abtaucht, kommt es zusätzlich zu vulkanischen Aktivitäten. Beispiele hierfür sind die amerikanischen Kordilleren mit ihren vielen Vulkanen. Auch wenn zwei kontinentale Platten aufeinanderprallen, kommt es zur Gebirgsbildung. Bekanntes Beispiel für diesen Vorgang sind die Alpen, wo die Afrikanische Platte auf die Eurasische driftet.

Der ungeheure Druck beim Zusammenschieben der Platten verformt und hebt die Gesteinsschichten der Erdkruste und des oberen Erdmantels. In der Tiefe reagiert das Gestein bei hohem Druck und hohen Temperaturen beweglicher als weiter oben. Ursprünglich horizontal geschichtete Sedimente und vulkanische Schmelzen werden unter Druck zuerst verbogen, bevor sie dann wie mehrere Lagen Stoff in viele Falten gelegt werden. Am Ende der Gebirgsbildung werden bei anhaltendem Druck die in der Tiefe gefalteten und übereinandergeschobenen Gesteinsschichten weit herausgehoben.

Übrigens: Kaum entstanden, unterliegen die Gebirge und Ebenen vielfältiger Umgestaltung. Temperaturunterschiede, Wasser, Wind und Schwerkraft formen die Landschaft durch Verwitterung, Abtragung und Ablagerung.

Gibt es Gebirge unter dem Meeresspiegel?

Ja, sogar die längsten der Erde. Auf dem Grund der Ozeane erstrecken sich in rund 4000 m Tiefe weite Ebenen. Aus ihnen erheben sich gewaltige Gebirge: die Mittelozeanischen Rücken. Diese Rücken durchziehen von Nord nach Süd mit Unterbrechungen den Atlantischen, Pazifischen und Indischen Ozean, so dass manche Forscher den Begriff nicht im Plural, sondern im Singular benutzen. Sie betrachten den Mittelozeanischen Rücken als ein zusammenhängendes Gebirgssystem, das sich über 60 000 bis 70 000 km hinweg erstreckt.

Gibt es heiße Glut im kalten Meer?

Die mittelozeanischen Rücken sind nicht nur das längste Gebirgssystem der Welt, sondern auch das vulkanisch aktivste: Sie bestehen vollständig aus vulkanischem Gestein. Ständig steigt aus dem Erdinneren Magma auf und ergießt sich als Lava auf die Meeresböden. Im Lauf des 20. Jahrhunderts brachten Wissenschaftler Beobachtungen zum Vulkanismus und Verlauf der Mittelozeanischen Rücken in Zusammenhang mit der Kontinentaldrift und entwickelten die Überlegungen weiter zur Theorie der Plattentektonik.

Übrigens: Bis ins 19. Jahrhundert hinein ahnte die Menschheit nichts von der Existenz eines riesigen Gebirgssystems unter dem Weltmeer. Erst als der Plan aufkam, ein Telegrafenkabel quer durch den Atlantischen Ozean von den USA nach Großbritannien zu verlegen, widmete man sich genauer der Erkundung des Meeresbodens der Tiefsee. Bei dem Versuch, exakte Lotungen vorzunehmen, stieß das britische Forschungsschiff »Challenger« 1873 auf den Mittelatlantischen Rücken, der auf halbem Weg zwischen Nordamerika und Europa bzw. Südamerika und Afrika verläuft.

Wussten Sie, dass …

die deutschen Mittelgebirge älter als die Alpen sind? Vor rd. 60 Mio. Jahren hoben sich die Alpen aus einem ursprünglichen Meer, ein Vorgang, der bis heute andauert. Schon vor 300 Mio. Jahren hatte das Rheinische Schiefergebirge nach der Kollision zweier Kontinentalplatten alle Stadien der Faltengebirgsbildung durchlaufen. Durch weiteren Druck zerbrachen seine Gesteine in einzelne Schollen, die übereinandergeschoben oder gegeneinander versetzt wurden.

das Tote Meer der tiefste Punkt der Erde ist? Die Landsenke bzw. Depression liegt im Jordangraben an der Grenze zwischen Israel und Jordanien. Der Wasserspiegel des Toten Meeres liegt etwa 400 m unter dem Meeresspiegel. Der See ist an seiner tiefsten Stelle rund 400 m tief, so dass die Depression insgesamt 800 m beträgt.

Ist direkt an den Plattengrenzen Leben möglich?

Zum Umfeld aller Mittelozeanischen Rücken gehören untermeerische Quellen, aus denen 300 – 400 °C heißes schwefelwasserstoffhaltiges Wasser aufsteigt, das mit vielen Mineralen gesättigt ist. Einige der im Wasser gelösten Stoffe lagern sich am Quellaustritt ab, der so eine Schlotform annimmt. Da das herausschießende heiße Wasser aussieht wie schwarzer Qualm, wurden die Gebilde Blacksmokers, »schwarze Raucher«, genannt.

Diese Umwelt haben einige Lebewesen für sich entdeckt: Bakterien, die sich von Schwefel oder Wasserstoff ernähren und die hohen Temperaturen ebenso wie den Wasserdruck in 3500 m Tiefe aushalten. Diese Bakterien leben auch im Röhrenwurm, der durch Anpassung diese ökologische Nische besetzen kann. Er nimmt aktiv keine Nahrung auf, sondern lässt sich von den Bakterien ernähren, die Schwefel und Wasserstoff sowie die Stoffe ihrer Umwelt in organische Substanzen umwandeln.

Wer »entdeckte« die Eiszeiten?

Der deutsche Geologe Albrecht Penck (1858–1945). Den Schwerpunkt seiner Arbeit bildeten die Alpen- und die Eiszeitforschung, als deren führender Vertreter er berühmt wurde. Zu seinen besonderen Verdiensten zählt der erste gesicherte Nachweis der Eiszeiten: Die Unterteilung in die Günz-, Mindel-, Riß- und Würm-Eiszeit geht auf Penck und seinen Kollegen Eduard Brückner zurück.

Penck wirkte ab 1885 als Professor in Wien, ab 1906 in Berlin. In den Berliner Jahren trieb er seine Forschungen voran, 1909 erschien sein dreibändiges Werk »Die Alpen im Eiszeitalter«. Nach dem Ersten Weltkrieg äußerte sich Penck wiederholt zu politischen Fragen. Mit seiner nationalistisch gefärbten »Volks- und Kulturboden-Theorie« bereitete er der deutschen »Volkstumsforschung« der 1930er Jahre den Boden.

Erdbeben: Erschütterungen gefährden Land und Küste

Was macht Erdbeben so gefährlich?

Sie lassen sich nur schwer vorhersagen und können gewaltige Zerstörungen hinterlassen.

Ursache für Erdbeben und Vulkanismus sind Vorgänge tief unter der Erdoberfläche. Die großen Platten, die die äußere Hülle der Erde bilden, bewegen sich, und an ihren Rändern kommt es gehäuft zu diesen Erscheinungen. Die Bewegung geschieht sehr langsam, aber manchmal verhaken sich die Platten. Die sich dann aufbauenden Spannungen lösen sich, wenn die drückenden oder ziehenden Kräfte zu groß werden und es zu einer kurzen, aber schnellen Bewegung der Platten kommt. Diese ruckartige Bewegung wird an der Erdoberfläche als Erdbeben wahrgenommen. Kleinere Beben können auch durch den Einsturz von großen Hohlräumen oder durch unterirdische Atomtests ausgelöst werden.

Wo entsteht ein Beben?

Ein Erdbeben wird im Erdinnern ausgelöst; die Stelle bezeichnet man als Hypozentrum. Der Endpunkt der kürzesten Linie vom Hypozentrum zur Erdoberfläche markiert das Epizentrum, den Ort der stärksten Bewegung. Dieser Ort wird von unterschiedlichen Erdbebenwellen erreicht.

Im Wesentlichen werden drei Wellen unterschieden. Die Longitudinal- oder P-Wellen sind die schnellsten Wellen. Sie setzen sich parallel zur Gesteinsschichtung mit einer Geschwindigkeit von 13 km/h fort. Halb so schnell, aber gefährlicher sind die Transversal- oder S-Wellen, die das Gestein senkrecht durchqueren und es in starke Schwingungen versetzen. Nur an der Oberfläche treten die noch langsameren, zerstörerischen L-Wellen auf. P-Wellen durchqueren alle Formen von Materie und schwächen sich erst ab, wenn ihre Energie aufgebraucht ist. S-Wellen hingegen werden abgelenkt, wenn sie auf Flüssigkeiten treffen, die sie nicht durchdringen können.

Übrigens: Messungen der Wellen erlauben Rückschlüsse über den Aufbau des Erdinnern. So konnte man z. B. erschließen, dass der äußere Kern der Erde flüssig, der innere fest ist.

Wieso ist das Leben in Los Angeles riskant?

Los Angeles ist extrem erdbebengefährdet. Besonders häufig treten Erdbeben rund um den Pazifik auf. Dieser zirkumpazifische Feuerring ist das Resultat der Kollisionen der Pazifischen Platte mit der Eurasischen Platte im Osten und mit der Nordamerikanischen Platte im Westen. Einer der Orte, wo Erdbeben sehr wahrscheinlich sind, ist der Westen des US-Bundesstaates Kalifornien. Über 1100 km hinweg verläuft hier die San-Andreas-Störung, ein riesiger Riss in der Landschaft. Jährlich verschieben sich die Platten um 3–5 cm gegeneinander, genug, um täglich kleinere Beben auszulösen. Alle paar Jahre kommt es zu einem heftigen Beben, bisher blieben die Großstädte aber weitgehend verschont. Das Große Beben, »The big one«, könnte aber täglich eintreten.

Eine zweite Erdbebenzone zieht entlang der jungen Faltengebirge am Mittelmeer, also der Alpen und der Balkangebirge, über Kleinasien, Mittelasien und Indien hinweg bis hin zum Malaiischen Archipel, wo sie im indonesischen Raum auf den zirkumpazifischen Feuerring stößt.

Kann man sich gegen Erdbeben wappnen?

Nur unvollkommen. In den letzten Jahrzehnten wurde intensiv an der Erdbebenvorhersage gearbeitet, z. B. durch die Einrichtung neuer seismologischer Stationen. Von den Warnsignalen weiß man bislang nur, dass sie sehr unauffällig und schwer aufzuspüren sind. Es können veränderte Grundwasserstände, leichte Hebungen und Senkungen der Erdkruste oder schwache Erdstöße sein.

Ein großartiger Erfolg gelang 1975 chinesischen Seismologen. Zwei Tage, bevor ein schweres Erdbeben die Stadt Haicheng fast vollständig vernichtete, wurden ihre 90 000 Einwohner evakuiert. Als jedoch im darauf folgenden Jahr die Hafenstadt Tangshan ebenfalls von einem schweren Erdbeben erschüttert wurde, hatten die Wissenschaftler keine Alarmsignale bemerkt.

Der Schwerpunkt bei der Schadensbegrenzung liegt auf der Vorbeugung, insbesondere bei der Stadtplanung und dem Gebäudebau, sowie auf der Nutzung schneller Kommunikationsmittel. Die ungefährlichen P-Wellen eines Erdbebens werden als erstes gemessen, und da die Schadenswellen erst später eintreffen, versucht man diese Zeitspanne für sinnvolle Maßnahmen zu nutzen. In Japan werden etwa die Shinkansen-Schnellzüge bei einem Erdbeben durch elektrische Signale, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, gestoppt. In der Regel reicht die Zeit jedoch nicht für eine Warnung.

Was versteht man unter der Richter- oder Mercalliskala?

Beide Skalen dienen der Messung von Erdbebenstärken. Anfang des 20. Jahrhunderts legte der italienische Vulkanologe Giuseppe Mercalli (1850–1914) eine Tabelle vor, die helfen sollte, die Stärke eines Erdbebens zu kategorisieren. Sie schätzt die spür- und sichtbaren Auswirkungen eines Bebens ein. Die Skala besteht aus zwölf Stufen, die von »nicht fühlbar« (Stufe I) bis zu »totale Verwüstung und Veränderung der Landschaft« (Stufe XII) reichen.

Der erste moderne Seismograph wurde 1855 am Vesuv aufgebaut. Heute gibt es etwa 1000 solcher Erdbebenwarten, die bei einem Beben unterschiedliche Messungen vornehmen. Mit diesen Angaben kann man anhand der Stärke der aufgezeichneten Erschütterungen die Energiemenge berechnen, die das Erdbeben freigesetzt hat. Dieser Wert wird in der Einheit »M« für Magnitude angegeben, die auf den US-amerikanischen Seismologen Charles Francis Richter (1900–85) zurückgeht, der 1935 die nach ihm benannte nach oben offene Richterskala vorstellte. Eine volle Stelle auf der Richterskala bedeutet eine Verzehnfachung der Bebenstärke. Ein Erdbeben von 4 M ist also zehnmal so stark wie eines der Stufe 3 M. Weltweit werden pro Jahr etwa 150 000 spürbare Beben gemessen.

Was löst Tsunamis aus?

Auslöser der riesigen Flutwellen sind Vulkanausbrüche, Fels- und Eisstürze, vor allem aber schwere Seebeben. Die dem Japanischen entstammende Bezeichnung Tsunami bedeutet wörtlich »Welle im Hafen«.

Die Energie breitet sich im Wasser wellenförmig mit einer Geschwindigkeit von bis zu 800 km/h aus. Auf dem offenen Ozean ist die Flutwelle mit ihrem oft nur etwa 30 cm hohen Kamm kaum zu erkennen, weil sie weit ins Wasser hinabreicht. Anders an der Küste: Dort wird das unterirdisch heranrasende Wasser mit abnehmender Meerestiefe nach oben gedrückt und türmt sich zu einer gigantischen Flutwelle auf, die alles zerstört, was sich ihr in den Weg stellt. Am Ufer kündigt sich ein heranjagender Tsunami zunächst durch einen plötzlichen Rückzug des Wassers an.

Gibt es Flutwellen-Warnsysteme?

Am 26. 12. 2004 warnte keiner vor der Katastrophe. An diesem Tag erschütterte vor Sumatra ein Seebeben der Stärke 9 den Meeresboden und löste einen Tsunami aus – die Welle tötete mehr als 250 000 Menschen. Im Pazifischen Raum, der häufig von Tsunamis heimgesucht wird, gibt es ein computerüberwachtes Frühwarnsystem. Seine Zentrale ist das Pacific Tsunami Warning Center auf Hawaii, das ein Netz von Seismographen überwacht. Im Indischen Ozean soll ein solches Warnsystem mit deutscher Hilfe eingerichtet werden.

Wussten Sie, dass …

der älteste bekannte Seismograph aus China stammt? In die Außenschale eines Gefäßes waren acht Drachen eingearbeitet, die eine Kugel im Maul hatten. Unter ihnen befanden sich acht Kröten mit geöffnetem Maul. Bei einer Erschütterung bewirkte ein Pendelausschlag, dass ein Drachenmaul seine Kugel verlor, die die Kröte auffing.

viele Tiere über ein Erdbeben-Frühwarnsystem verfügen? Bei dem Beben von Haicheng in China 1975 hatte man ungewöhnliches Tierverhalten beobachtet. So waren Tiere aus dem Winterschlaf erwacht und hatten die Region panikartig verlassen.

Bebt auch in Deutschland die Erde?

Im Vergleich zu Südeuropa ist Deutschland durch Erdbeben wenig gefährdet. Und doch steht die Region unter Spannung.

Seit Jahrmillionen driftet die Afrikanische Platte Richtung Norden. Ihr Druck wirkt sich auch auf die Gebiete nördlich der Alpen aus. Die auffälligste geologische Schwachstelle ist der Oberrheingraben. Das schwerste Beben in historischer Zeit ereignete sich im November 1911 auf der Schwäbischen Alb. Die Kraft des Bebens wird auf 6,3 auf der Richterskala geschätzt. Im Bereich des Oberrheingrabens sowie zwischen Thüringer Wald und Fichtel- und Erzgebirge kommt es immer wieder zu Erschütterungen. Häufig bebte die Erde auch im Bereich der Niederrheinischen Bucht. Im April 1992 wurde das Rheinland von einem Erdbeben der Stärke 5,9 erschüttert, dessen Epizentrum im niederländischen Roermond lag.

Wie wurden Erdbeben früher gedeutet?

Im altpersischen Glauben galten Erdbeben als ein Werk des Gegenschöpfers Ahriman, des Vaters der Finsternis und des Todes. In der griechischen Mythologie führte man sie u. a. auf Atlas, den Träger des Himmelsgewölbes, auf den Zorn des Göttervaters Zeus oder auf den Meeresgott Poseidon zurück. Ein Erdbeben konnte auch heraufbeschwören, wer eine sagenhafte Blume, die im Kaukasus aus dem Blut des gequälten Titanen Prometheus gewachsen war, auszugraben versuchte. In der altnordischen Mythologie zeigte ein Erzittern der Erde an, dass sich der von den Göttern gequälte Loki vor Schmerzen am Boden krümmte. Die Chinesen glaubten an einen Drachen und legten – über einer Störungszone – eine »Drachenlinie« fest, auf der keine Häuser erbaut werden durften. Auch die infolge eines Bebens auftretenden Brände wurden durch das Feuer speiende Ungeheuer erklärt.

Vulkane: Gewaltige Kräfte im Inneren der Erde

Was macht die Feuerberge so bedrohlich?

Der Ausbruch eines Vulkans ist neben einem Erdbeben das beeindruckendste Zeugnis von der Naturgewalt. Die Wirkung reicht oft weit über die Region des eigentlichen Geschehens hinaus: Asche und Staub, von Vulkanen in die Atmosphäre geschleudert, können das Weltklima beeinflussen. Flutwellen, durch auseinanderbrechende Vulkane ausgelöst, können Küsten verwüsten. Gegenwärtig sind auf dem Festland rd. 500 – 600 aktive und annähernd 10 000 erloschene Vulkane bekannt.

Wie unterscheiden sich Magma und Lava?

Magma kommt aus dem Erdinneren und wird als Lava bezeichnet, wenn es an der Erdoberfläche austritt. Beides ist also flüssiges Gestein.

In der Erdkruste und im oberen Erdmantel befindet sich in Tiefen von 75–250 km flüssig gewordenes Gestein. Die Erdkruste besteht aber aus einzelnen Platten, die ständig in Bewegung sind und vor allem an den Rändern Schwachzonen ausbilden. Dort wird Gestein eingeschmolzen bzw. geschmolzenes Gestein aus dem Erdinnern an die Oberfläche gebracht. Die Schmelze heißt Magma, eine mit Gasen gesättigte Gesteinsmasse.

Das Magma sammelt sich in Hohlräumen unter der Erdoberfläche, den Magmakammern. Von dort aus bildet es einen dünnen Kanal, den Schlot, der es bis zur Erdoberfläche führt, wo es als Lava austritt. Zu den aktivsten Zonen gehören die Mittelozeanischen Rücken und der zirkumpazifische Feuerring.

Gibt es gute und schlechte Vulkane?

Längst nicht alle Vulkane sind gefährlich. Die Art und Heftigkeit eines Vulkanausbruchs hängt von der chemischen Zusammensetzung und dem Gasgehalt des Magmas ab, die die Fließfähigkeit der Lava bestimmen.

Der Mauna Loa auf Hawaii, einer der aktivsten Vulkane, gibt ständig dünnflüssige basaltische, wenig gasreiche Lava von sich, die vom Krater abfließt. Durch die ständige Tätigkeit kann sich kein Stau bilden, und das vorhandene Gas entweicht. Zähes gasreiches Magma kann dagegen den Schlot verstopfen. Der entstehende Überdruck entlädt sich häufig in explosionsartigen Eruptionen. Ein bekanntes Beispiel ist der Mount St. Helens in den USA, der seit 1857 nicht mehr ausgebrochen war. Ein zum Teil erkalteter Pfropf verschloss die Magmakammer, in der sich eine große Menge Material ansammelte und einen enormen Druck aufbaute. Am 18. 5. 1980 explodierte die Spitze des Berges, und eine 19 km hohe Rauch- und Aschewolke transportierte seinen pulverisierten Gipfel davon.

Andere Vulkanausbrüche haben jedoch verheerende Wirkung. Als etwa der 2000 m hohe Krakatau zwischen Sumatra und Java in Indonesien 1883 explodierte, begann eine der schlimmsten Vulkankatastrophen: Die meisten der 36 000 Opfer starben durch einen Tsunami, eine Riesenwelle, die durch den Zusammensturz des Krakatau entstand. Heute gibt es nur noch den Anak Krakatau, einen 813 m hohen Vulkan.

Was geschieht mit der heißen Lava?

Die 1000–1300 °C heiße dünnflüssige Lava erreicht eine Fließgeschwindigkeit von bis zu 100 km und erstarrt zu einer glatten Fläche, der Fladenlava.

Falls die Oberfläche rascher erstarrt und es im Lavastrom zu Stauungen kommt, bildet sich die Seil- oder Stricklava, deren Struktur ausgeprägte Windungen aufweist, oder die aufgetürmte Schollenlava. Etwas zähflüssigere Lava reißt bei der Erstarrung auseinander und bildet die Brockenlava bzw. bei längeren Stücken die Aalava. Ein zähflüssiger Strom erkaltet an der Oberfläche rascher, im Inneren strömt er langsam weiter, reißt dabei die Oberfläche immer wieder auf und erstarrt in großen Blöcken: Diese Blocklava hat eine zerklüftete, rissige und scharfkantige Oberfläche. Bei besonders starker Zähflüssigkeit entsteht am Meeresboden durch die raschere Auskühlung die Kissenlava, ein rundliches, kissen- bis sackförmiges Gebilde mit unter einem Meter Durchmesser.

Übrigens: Nicht nur Lava, sondern auch handfesteres Material wird ausgeschleudert: große Gesteinsbrocken, die bis zu mehrere Kubikmeter umfassenden Bomben, kleinere Lapilli und feine Asche. Fällt diese auf die Erde zurück und verfestigt sich, bildet sie vulkanischen Tuff. Poröser, sehr leichter Bimsstein entsteht, wenn die Lava einen hohen Gasanteil hat. Die Lava erstarrt rasch, die Gase entweichen und zurück bleibt ein löchriger Stein, der so leicht ist, dass er im Wasser schwimmen kann. Besonders gefährlich sind Glutwolken. Beim Ausbruch des Montagne Pelée 1902 auf der Antilleninsel Martinique stürzte 800 °C heiße, mit Asche beladene Luft wie eine Lawine auf die Stadt Saint-Pierre herab und tötete 29 000 Menschen. Der einzige Überlebende saß im gut isolierten Gefängnis der Inselhauptstadt ein.

Leben Menschen in der Nähe von Vulkanen?

Ja, aber nicht freiwillig. Das starke Bevölkerungswachstum zwingt immer mehr Menschen dazu, unterhalb eines Vulkans oder in dessen Nähe zu wohnen. Präzise Vorhersagen über Zeitpunkt, Art und Stärke der Eruptionen werden daher immer wichtiger. Da allen Ausbrüchen Erdbebenaktivitäten vorhergehen, werden die aktiven Vulkane mit seismischen Messungen überwacht. Gleichzeitig zeichnen Überwachungsgeräte alle Oberflächendeformationen auf, die Hinweise auf eine Ausdehnung der Magmakammer liefern. Ein weiterer Indikator ist eine deutliche Änderung der austretenden Gase. Schließlich können Temperaturmessungen wichtige Daten liefern, da das aufsteigende Magma das umliegende Gestein erwärmt. Aus Mangel an Vergleichsdaten können Vulkanologen eine Eruption in vielen Fällen zwar vorhersehen, ihren exakten Zeitpunkt kennen sie jedoch nicht.

Kann ein Vulkan saubere Energie liefern?

Ja. In Vulkangebieten werden geothermische Kraftwerke betrieben, denn die Erde ist ein gigantischer Energiespeicher. Die Geothermie oder Erdwärme ist wesentlich umweltverträglicher als die Nutzung fossiler Brennstoffe wie Kohle oder Erdgas und im Unterschied zur Wind- und Sonnenenergie von Wetter und Tageszeit unabhängig. Außerdem gilt sie als unerschöpflich.

Gut zwei Drittel dieser Wärme entstehen durch radioaktive Zerfallsprozesse in den Tiefen der Erde. Beim letzten Drittel handelt es sich um Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung. Bei Tiefenbohrungen auf dem Festland steigt die Temperatur mit jedem Kilometer um durchschnittlich 30–40 °C an. Nach dem heutigen Stand der Bohrtechnik lässt sich die Erdwärme bis in eine Tiefe von etwa 5000 m erschließen.

Je nach geologischen Gegebenheiten kann Erdwärme auf verschiedene Weise gewonnen werden. Grundsätzlich gelangt sie nur durch ein Medium wie Wasser oder Dampf an die Erdoberfläche. Geothermische Energie ist in den USA, in Japan, Indonesien, Mexiko, Neuseeland und Italien schon länger auf dem Vormarsch. Vorreiter ist aber Island. Schon jetzt werden fast 90 % aller isländischen Haushalte mit Warmwasser und Heizenergie aus Erdwärme versorgt. Außerdem spielt sie eine wichtige Rolle bei der Stromerzeugung. Im Nesjavellir Power Plant, dem größten geothermischen Heizkraftwerk weltweit, werden in jeder Sekunde 500–800 l heißes Wasser gefördert. Das Wasser deckt fast vollständig den Fernwärmebedarf der Hauptstadt Reykjavík.

Übrigens: Der Vulkanismus hat auch noch andere positive Seiten. Verwitterte Vulkanite machen den Boden sehr fruchtbar, so dass die Vulkanhänge seit jeher landwirtschaftlich intensiv genutzt werden. Von unseren Vorfahren in der Steinzeit ist bekannt, dass sie aus dem harten, aber gut spaltbaren Obsidian, einem vulkanischen Glas, besonders scharfe Klingen fertigten.

Wussten Sie, dass …

der höchste Berg der Erde eigentlich nicht der Mount Everest ist? Seine 8850 m werden vom Mauna Kea auf Hawaii übertroffen. Dieser Vulkan erreicht 9705 m, allerdings liegen davon 5500 m unter der Meeresoberfläche.

auch heute noch neue Vulkane entstehen? 1943 tat sich in einem Maisfeld in der Sierra Madre in Mexiko die Erde auf und nach zwei Tagen hatte sich ein 50 m hoher Berg aufgetürmt, der Lava und Asche ausstieß. 1952 hatte der Paricutín, das »Ungeheuer«, seine heutige Höhe von rund 420 m erreicht.

es auch Vulkane außerhalb der Erde gibt? Olympus Mons auf dem Mars ist mit 27 km der höchste Vulkan des Sonnensystems.

Wie funktioniert ein Geysir?

Geysire sind heiße Quellen, die in regelmäßigen Abständen Fontänen von Wasserdampf, heißem Wasser und Mineralien ausstoßen. Das Wasser sammelt sich in großen Reservoirs tief unter der Erdoberfläche in Gebieten mit aktivem Vulkanismus. Durch das Magma wird das Wasser nach und nach erhitzt und beginnt zu kochen. Dabei dehnt es sich aus, es entsteht Wasserdampf. Schließlich schießen Dampf und Flüssigkeit durch den entstehenden Druck getrieben nach oben. In der Tiefe läuft kühleres Grundwasser nach und durch Abkühlung kommt der Prozess zum Stillstand. Der Zyklus beginnt dann von neuem. Ein berühmter Geysir ist der Old Faithful im Yellowstone-Nationalpark in den USA. Seine Fontänenfrequenz ändert sich meist nach heftigeren Erdbeben, zuletzt 1998, als er von 74 Minuten auf 80 Minuten »umschaltete«.

Schlummert Gefahr in der Eifel?

Ja. Gewöhnlich werden die Vulkane der Erde in die Gruppen der aktiven und der erloschenen Vulkane aufgeteilt. Als erloschen werden sie bezeichnet, wenn es in historischer Zeit zu keiner Eruption gekommen ist. Doch trügt der Schein mitunter auch, wie das Beispiel der Eifel zeigt.

Vor ca. 500 000 Jahren entstanden hier etwa 100 Vulkankegel und rund 50 Maare, beim letzten größeren Ausbruch vor 11 000 Jahren bildete sich der Laacher See. Die runden Maarkessel entstanden, als aufsteigendes heißes Magma mit Oberflächen- oder Grundwasser in Berührung kam; das löste eine heftige Explosion nahe der Erdoberfläche aus. Neuere Untersuchungen deuten darauf hin, dass sich unter dem Mittelgebirge wieder Magma ansammelt und dass Eruptionen in diesem Gebiet durchaus wahrscheinlich sind.

Badespaß in Eiseskälte?

Auf Island haben Freibäder trotz niedriger Lufttemperaturen eine lange Tradition. Auf der Insel gibt es etwa 250 Thermalgebiete mit insgesamt mehr als 600 Quellen. Einige wenige sind als Springquellen oder Geysire aktiv, andere bilden Schlammquellen; in der Mehrzahl münden sie allerdings in einer Therme. Gespeist werden diese Quellen durch Wasser, das nach einer manchmal tausendjährigen unterirdischen Zirkulation über Brüche und Spalten im Erdgestein an die Oberfläche dringt.

Das berühmteste Bad der Insel, die »Blaue Lagune« auf der Halbinsel Reykjanes, verdankt seine Entstehung einem Zufall. In den 1970er Jahren war es ein reines Auffangbecken für die Abwässer des geothermischen Kraftwerks Svartsengi Power Plant. Als man die heilende Wirkung des Wassers bei Hautkrankheiten, insbesondere bei Schuppenflechte, entdeckte, wurde aus dem Abwassersalzsee ein Heilbad. Seit die »Blaue Lagune« 1999 um wenige Kilometer verlegt und modern umgestaltet wurde, zieht sie immer mehr Besucher an.

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Wissenschaft

Pflanzen als Biofilter

Forschende reinigen verseuchte Böden und Gewässer etwa mithilfe von Schilfgewächsen. Auf diesem Weg lassen sich gezielt Rohstoffe gewinnen. von CHRISTIAN JUNG Abgelagert in den Böden oder gelöst in den Gewässern der Erde: Weltweit werden riesige Mengen von Substraten an Orten gemessen, an denen sie ein enormes Schadstoffpotenzial...

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Wissenschaft

Der Gag der Pauli-Maschine

Der Physiker Wolfgang Pauli (1900–1958) wurde vor allem durch seine Pionierleistungen im Bereich der Quantenmechanik berühmt: Für das von ihm formulierte Pauli-Prinzip erhielt er 1945 den Nobelpreis. Es besagt, dass Elektronen oder andere Fermionen (Teilchen mit halbzahligem Spin) sich in ihren Quantenzahlen unterscheiden müssen...

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